UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
ESCOLA DE ENGENHARIA
ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA DE ESTRUTURAS
DIMENSIONAMENTO DE UM EDIFÍCIO INDUSTRIAL EM AÇO
CONFORME NBR8800
BELO HORIZONTE
2017
EDUARDO CUNHA GOMES
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Guias e Dicas
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Encontrar documentos
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Pesquisar documentos Store
Os melhores documentos à venda: Trabalhos de alunos formados
Videoaulas
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Quiz
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Comunidade
Pergunte à comunidade
Peça ajuda à comunidade e tire suas dúvidas relacionadas ao estudo
Ranking universidades
Descubra as melhores universidades em seu país de acordo com os usuários da Docsity
Guias grátis
Os eBooks que salvam estudantes!
Baixe gratuitamente nossos guias de estudo, métodos para diminuir a ansiedade, dicas de TCC preparadas pelos professores da Docsity
Calculo de Coeficientes Externos e Análise de Diagonais em Estruturas de Coluna, Notas de aula de Cálculo
O processo de determinação de coeficientes externos e análise de diagonais em estruturas de coluna, seguindo as regras da nbr 6123. O documento inclui tabelas e cálculos para ilustrar o processo.
Tipologia: Notas de aula
2022
1 / 60
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
Documentos relacionados
Pré-visualização parcial do texto
Baixe Calculo de Coeficientes Externos e Análise de Diagonais em Estruturas de Coluna e outras Notas de aula em PDF para Cálculo, somente na Docsity!
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS
ESCOLA DE ENGENHARIA
ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA DE ESTRUTURAS
DIMENSIONAMENTO DE UM EDIFÍCIO INDUSTRIAL EM AÇO
CONFORME NBR
BELO HORIZONTE
EDUARDO CUNHA GOMES
EDUARDO CUNHA GOMES
DIMENSIONAMENTO DE UM EDIFÍCIO INDUSTRIAL EM AÇO
CONFORME NBR
Trabalho de conclusão de curso
apresentada ao Curso de Especialização
em Estruturas da Escola de Engenharia da
Universidade Federal de Minas Gerais.
Orientador: Prof. Dr Hermes de Carvalho
BELO HORIZONTE
- INTRODUÇÃO
- REVISÃO BIBLIOGRAFICA......................................................................................................
- 2.1. Aço
- 2.2. Galpões Industriais em Aço
- CONCEPÇÃO ESTRUTURAL
- 3.1. Informações Gerais
- 3.2. Modelo Estrutural
- 3.3. Perfis Utilizados
- CARACTERIZAÇÃO DO EDIFÍCIO..........................................................................................
- 4.1. Modelo Computacional
- 4.2. Carregamentos
- 4.2.1. Peso Próprio
- 4.2.2. Sobrecarga.........................................................................................................................
- 4.2.3. Vento
- 4.2.4. Cargas devido a Ponte Rolante
- 4.3. Combinações
- RESULTADOS
- 5.1. Esforços solicitantes
- 5.1.1. Pilar inferior A, B, C
- 5.1.2. Pilar Superior A, B, C
- 5.1.3. Tesouras
- 5.2. Deslocamentos
- CALCULO DO COMPRIMENTO EFETIVO (K x)........................................................................
- VERIFICAÇÃO DAS SEÇÕES UTILIZADAS
- 7.1. Pilar Inferior da Fila B
- 7.1.1. Força Axial
- 7.1.2. Resistência ao Momento Fletor
- 7.1.3. Verificação das Diagonais
- 7.2. Pilar Inferior da Fila A.........................................................................................................
- 7.2.1. Força Axial
- 7.2.2. Resistência ao Momento Fletor
- 7.2.3. Verificação das Diagonais
- 7.3. Pilar Superior da Fila A
- 7.4. Pilar Superior da Fila C
- 7.5. Pilar Superior da Fila B
- 7.6. Tesoura BC.........................................................................................................................
- 7.7. Tesoura AB
- CONCLUSÃO
- REFERÊNCIAS
- ANEXOS
- 10.1. Quadro de Cargas
1. INTRODUÇÃO
Devido à globalização do mercado, torna-se cada dia mais perceptível a necessidade de ampliação sobre estudos e técnicas construtivas que viabilizem o aumento da produtividade e a redução de custos. Os sistemas estruturais em aço vêm acompanhando esses avanços tecnológicos para atender as diversas situações, a fim de alcançar eficiência através de métodos e processos construtivos eficazes que permitam atender as exigências de construções em prazos curtos, custos reduzidos e possibilitem garantir a qualidade do empreendimento atendendo a demanda de mercado. Com o surgimento de novas tecnologias o aço vem sendo cada vez mais utilizado para construção de edifícios industriais no Brasil, devido às vantagens econômicas e construtivas que pode oferecer. A utilização do sistema construtivo em aço possibilita em sua maioria a concepção de vão maiores, soluções econômicas e versáteis. Nesse importante seguimento, Bellei (2010) retrata que as construções de um único pavimento como os galpões industriais são as mais utilizadas e são constituídos por pórticos planos regularmente espaçados com cobertura na parte superior e fechamento lateral, com a finalidade de atender a diversos fins como depósitos, fábricas, oficinas, hangares, academias, ginásios poliesportivos etc.
Para se chegar ao modelo estrutural otimizado de um edifício industrial, é importante conhecer qual a finalidade da estrutura, especificações de projeto e até mesmo o local onde o mesmo será construído, logo, a analise puramente econômica não é a que vai nortear a concepção da estrutura.
O projeto de um edifício industrial em aço inicia-se projeto arquitetônico onde são delineados o estudo da obra, sua finalidade e sua composição. Na sequência, se faz a análise do projeto arquitetônico, concepção estrutural, analise dos carregamentos e combinações atuantes e finalmente cálculo da estrutura (Dimensionamento).
O objetivo deste trabalho é expor de forma clara e concisa as análises e resultados do dimensionamento de um edifício industrial em aço conforme as prescrições estabelecidas na norma brasileira NBR 8800:2008. O conceito estrutural definido na disciplina projeto de edifícios industriais em aço do curso de Especialização em Análise e Dimensionamento de Estruturas de Concreto Armado e Aço, será a base do presente trabalho.
2.2. Galpões Industriais em Aço
Existem dois tipos básicos de galpões em pórticos, definidos em função do tipo de estrutura transversal portante: os pórticos de alma cheia, que utilizam os perfis maiores laminados ou soldados como elementos principais da estrutura: e os pórticos treliçados, que empregam perfis menores formando reticulados em treliça para compor os elementos principais da estrutura.
O tipo da estrutura transversal (alma cheia, treliçado, entre outras) associado à distância entre elas (espaçamento entre pórticos), define o conjunto portante do galpão, que deve ser ajustado para obter, não a estrutura de menor peso, mas a estrutura que melhor atende as condições específicas da obra em análise.
Espaçamentos menores favorecem os elementos secundários de cobertura e tapamento, reduzem as cargas em cada pórtico, mas aumentam o número de pórticos e, consequentemente, o número de bases e fundações. Espaçamentos maiores aumentam os elementos secundários da cobertura, como as terças, que em muitos casos podem utilizar perfis laminados tipo I com economia e ainda reduzem o número de pórticos e de fundações. As concepções de alma cheia são as mais limpas, com menor número de elementos, têm a fabricação facilitada, sua montagem é mais rápida, a manutenção é mais simples, mas consomem mais aço.
Como consomem muito menos serviços para a sua execução, os custos finais são competitivos e são indicadas para os galpões pequenos e médios. Os galpões de alma cheia formam pórticos rígidos, compostos das colunas e vigas inclinadas, ligados por conexões resistentes a momento. A estrutura em pórtico é estável no seu plano e libera um vão livre sem os obstáculos, como contraventamentos. A inclinação da cobertura influi significativamente no comportamento do pórtico.
As inclinações menores favorecem um telhado mais plano. Ideal para grandes áreas sem calhas, mas reduzem a eficiência do pórtico, exigindo seções maiores para as colunas e vigas. Já as inclinações maiores, favorecem o comportamento dos pórticos, mas podem exigir um maior número de calhas. Como as solicitações máximas ocorrem nas ligações entre as colunas e vigas, podem-se usar mísulas para aumentar as seções nestes pontos, facilitando também o lançamento das ligações. As mísulas são normalmente obtidas do corte em ângulo do próprio perfil usado para as vigas.
As bases podem ser rotuladas, mais convenientes para as fundações, ou engastadas, favorecendo a rigidez e a estabilidade da estrutura. A opção deve ser feita de forma a obter a melhor solução para o conjunto estrutura/fundações
Os galpões com ponte rolante são mais complexos porque exigem apoio para o caminho de rolamento das pontes rolantes, normalmente empregados para instalações industriais pequenas ou grandes. Quase todas as tipologias empregadas nos galpões sem ponte rolante podem ser usadas também para os galpões com ponte rolante.
A carga predominante agora é a da ponte rolante, introduzindo esforços verticais, horizontais e impactos que devem ser resistidos pelos pórticos, mantendo sempre as deformações máximas dentro dos limites para a operação da ponte.
O galpão do presente trabalho utilizará uma segunda coluna, apenas para o apoio das vigas de rolamento tornará o conjunto bastante eficiente, desde que se trave uma coluna na outra formando um conjunto treliçado, dando a rigidez necessária para resistir às cargas horizontais da ponte rolante. A Figura 1 mostra o conceito básico utilizado para o galpão do presente trabalho, este é constituído de colunas inferiores treliçadas para apoio da ponte rolante, colunas superiores e tesouras em perfil de alma cheia.
Figura 1 Representação conceitual do pórtico do edifício industrial
3. CONCEPÇÃO ESTRUTURAL
3.1. Informações Gerais
O edifício será construído em Belo Horizonte sobre terreno plano com grau de rugosidade III. O edifício é composto por dois pórticos (Quatro meia águas) com 16 metros de largura cada, oito eixos espaçados igualmente em 6 metros, perfazendo comprimento total de 42 metros. O galpão é composto por três pilares, dois nas extremidades e um terceiro comum aos dois pórticos, os pilares são formados por colunas treliçadas na parte inferior (apoio da ponte rolante) e colunas em perfil de alma cheia na parte superior (Baioneta), as colunas são travadas longitudinalmente em dois níveis com a finalidade de transmitir as cargas longitudinais da ponte rolante para os pórticos. A cobertura é formada por tesouras inclinas em perfis de alma cheia travadas lateralmente por meio
Figura 2 Seção Transversal
Figura 3 Seção Longitudinal
3.3. Perfis Utilizados
Para dimensionamento do edifício industrial foram considerados os seguintes perfis metálicos:
Perfil inferior Coluna A e C - 2 x W 200x35.9 espaçados 600 mm e diagonais de cantoneira dupla 51x6.4, propriedades abaixo: A=91.4 cm W (^) x= 2742 cm³ r (^) x=30 cm I (^) x =83788 cm r (^) y =8,67 cm Iy =6874 cm Aço ASTM A572 Gr. Perfil inferior Coluna B - 2 x W 200x35.9 espaçados 700 mm e diagonais de cantoneira dupla 51x6.4, propriedades abaixo: A=91.4 cm W (^) x= 2742 cm³ r (^) x=30 cm I (^) x =83788 cm r (^) y =8,67 cm Iy =6874 cm Aço ASTM A572 Gr. Tesoura e Perfil Superior (Baioneta) Colunas A , B e C - W 360x44, propriedades abaixo:
A=57.7 cm W (^) x=697 cm³ r (^) x=14.6 cm I (^) x =12258 cm W (^) y =95.7 cm³ r (^) y =3,77 cm Iy =818 cm Aço ASTM A572 Gr. Diagonais das colunas inferiores - Cantoneira dupla 51 x 6,4, propriedades abaixo
A=6.05 cm r (^) x=1.55 cm I (^) x =14,5 cm^4 W (^) y = Aço ASTM A
4. CARACTERIZAÇÃO DO EDIFÍCIO
O dimensionamento da estrutura foi feito com ajuda do software de cálculo STRAP 2013, o programa já calcula a estrutura conforme as prescrições da norma Brasileira NBR 8800:2008, porém, as colunas inferiores foram dimensionadas manualmente devido problemas que o software apresenta no reconhecimento das propriedades dos perfis duplo "I", neste caso foram aproveitados apenas os valores dos esforços atuantes (Normal, momento e cortante) decorrentes da combinação crítica dos carregamentos.
4.1. Modelo Computacional
Para que o programa calcule corretamente a estrutura, o operador deve gerar um modelo computacional que represente de maneira mais fiel possível a estrutura a ser dimensionada. Neste caso, especialmente, deve-se levar em consideração os pontos corretos de entrada dos carregamentos na estrutura, distâncias entre o centro dos perfis, vinculação entre as barras, etc.
Abaixo o modelo computacional que mais se aproxima do modelo estrutural apresentado no item 3.2:
Figura 5 Modelo Computacional - Isometrico
Figura 9 Modelo Computacional - Elevação Eixos
Figura 10 Modelo Computacional - Elevação Filas
4.2. Carregamentos
4.2.1. Peso Próprio
Peso próprio dos elementos da estrutura é gerado automaticamente pelo programa. Adicionalmente ao peso dos elementos estruturais, foram acrescentadas as seguintes cargas:
Peso das telhas de cobertura mais terças e travamentos - 0.16 kN/m²
Peso das telhas de fechamento lateral mais travessas e travamentos - 0.15 kN/m²
Peso dos lanternins (Incluindo sua cobertura e travamentos) - 0,27 kN/m²
Peso próprio da viga de rolamento mais trilho (TR 52) - 2,2 kN/m
4.2.2. Sobrecarga
Sobrecarga de cobertura (desprezada água nas calhas), aplicada como carga global na direção perpendicular ao piso - 0,25 kN/m²
A carga global é distribuída na área de atuação e, neste caso, aplicada sobre as tesouras da cobertura.
Figura 11 Sobrecarga Cobertura
4.2.3. Vento
Os efeitos do vento no edifício foram calculados com base na norma brasileira NBR 6123, conforme procedimento mostrado a seguir.
Velocidade básica em Belo Horizonte Vo:
Vo=32 m/s (Figura 1 - Isopletas da velocidade básica Vo (m/s))
Fator topográfico S 1 :
S 1 =1 (Figura 2 - Fator topográfico S1 (z))
Fator Rugosidade S 2 :
Para definir o fator de rugosidade S 2 , é necessário definir a categoria de rugosidade do terreno e, a classe da edificação.
Categoria do terreno III - Terrenos planos ou ondulados com obstáculos, tais como sebes e muros, poucos quebra-ventos de árvores, edificações baixas e esparsas. A cota média do topo dos obstáculos é considerada igual a 3m.
Classe da edificação B - Toda edificação ou parte de edificação para a qual a maior dimensão horizontal ou vertical da superfície frontal esteja entre 20 m e 50 m.
Com a categoria e classe da edificação, podemos consultar a tabela 2 da NBR 6123 e encontrar os valores de S 2 para as laterais (Z=10) e cobertura (Z=15).
Da tabela 4 da NBR 6123, obtêm-se os coeficientes externos Ce para as laterais:
Figura 12 Tabela 4 da NBR 6123
Vento na direção X e Y : Ce=0,7 (Barlavento); -0,4 (Sotavento) e -0,8 (paredes paralelas ao vento)
Da tabela 7 da NBR 6123, obtêm-se os coeficientes externos Ce para a cobertura:
Figura 13 Tabela 7 da NBR 6123
A inclinação da cobertura é aproximadamente 14°, através de interpolações chegamos ao coeficiente de pressão externa para a cobertura:
Vento na direção X: Ce= - 0,
Vento na direção Y: Ce= -0,9 ; -0.6 ; -0.4 e -0,44 (Este último na região mais próxima a parede de barlavento z*)